Energia Y La Amquina Humana

ENERGIA Y LA MAQUINA HUMANA.

La magnitud Física tal vez más importante en la descripción de la naturaleza

es la Energía. Es un concepto difícil de definir; no siempre se advierte y cambia

de aspecto con facilidad asombrosa. Las formas bajo las cuales se presenta

la energía, suelen ser tan diferentes que la humanidad demoró siglos en reconocerla.

Su importancia principal radica en su permanencia; veremos que puede

afirmarse que la energía es una magnitud increable e indestructible. Esta

calidad de permanencia constituye un concepto unificador importante, porque

fenómenos tan diversos como el funcionamiento de un motor y el movimiento

del cuerpo humano, puede analizarse en función del paso continuo de energía

de una a otra de sus formas y su simultánea transferencia de un cuerpo a otro.

Son diversas las formas bajo las cuales puede presentarse la energía la energía:

un cuerpo por el sólo hecho de estar en movimiento posee energía cinética; el

mismo cuerpo u otro en virtud de su posición respecto a un cierto nivel de referencia

tiene energía potencial gravitacional; un cuerpo elástico que ha sido

deformado posee energía potencial elástica. La lista de formas de energía no

termina aquí. Se dice que los cuerpos que rotan, poseen energía de rotación;

los que vibran, energía vibracional; las ondas como las ondas marinas transportan

energía ondulatoria; las ondas luminosas, energía luminosa; los cables

eléctricos transportan energía eléctrica; en el interior del átomo tenemos

energía atómica, energía nuclear; en las reacciones químicas estamos en presencia

de energía química, etc.

Es un hecho comprobado que hay muchos casos en los que aparentemente no

se mantiene constante la suma de la energía cinética y potencial de un cuerpo

o cuando se aplican fuerzas externas sobre él, el trabajo realizado no se invierte

en su totalidad en aumentar la energía cinética o potencial. Por ejemplo, si

dejamos caer un objeto al suelo, llega con cierta velocidad (con cierta energía

cinética), pero al llegar se detiene y pierde su energía cinética sin que gane

energía potencial. Si arrastramos un cuerpo por el suelo, moviéndolo con velocidad

aproximadamente constante, en realidad tenemos que realizar una

fuerza y por tanto, al haber desplazamiento, un trabajo, pero este trabajo no se

emplea en aumentar la energía potencial, porque el cuerpo se desplaza horizontalmente,

ni energía cinética, porque la velocidad no aumenta. ¿Qué ha pasado

con la energía cinética en el primer caso? ¿Qué ha ocurrido, en el segundo,

con la energía que en forma de trabajo se le suministró al cuerpo? La respuesta

es: la energía que ha desaparecido se ha transformado en “energía interna”

del suelo o del cuerpo que se mueve. Nótese que no decimos que se ha

transformado en “calor”, como se podría esperar, sino en “energía interna”. En

otro curso de física se hablará del calor y veremos la razón de esta distinción.

En conclusión, vivimos rodeados de energía. No sólo la energía intrínseca de

las moléculas, átomos y núcleos, sino también manifestaciones de la energía a

escala macroscópica como resultado de la organización parcial del movimiento

molecular, tal como la energía del viento en una tormenta, la energía del

agua en una catarata, de un río o de las mareas, la energía del vapor producido

Cap. 5 Trabajo y Energía.

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en un volcán o en el interior de la Tierra, etc. Uno de los grandes problemas es

diseñar los medios para que esa energía pueda aprovecharse bajo control en la

forma que nos interese, esto es, como energía útil. Sin embargo, sólo sabemos

transformar en energía útil una pequeñísima fracción de la energía a nuestro

alrededor, debido en gran parte a la falta de organización en la materia y a

que, para producir cierta organización molecular, es necesario a su vez invertir

cierta energía.

5.8.1 ¿Cómo camina la máquina humana?

El movimiento del cuerpo humano se explica con los mismos principios de

fuerza y trabajo que describen todo movimiento. Las máquinas simples, en

forma de palancas, dan la capacidad para caminar y correr. Los sistemas de

palanca del cuerpo son complejos, pero en un modelo se pueden considerar

cuatro partes básicas que se muestran en la figura 5.9: 1 una barra rígida (un

hueso), 2 una fuente de fuerza (un músculo), 3 un punto de apoyo (articulaciones

móviles entre los huesos) y 4 una resistencia (peso del cuerpo u objeto

que se levanta o mueve). Los sistemas de palanca del cuerpo humano no son

muy eficientes, por esto caminar y correr requiere energía (se queman calorías)

y ayuda a que las personas bajen de peso.

Figura 5.9. Modelo del sistema de palanca del cuerpo humano.

Cap. 5 Trabajo y Energía.

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Cuando una persona camina, la cadera actúa como punto de apoyo y se mueve

a través del arco de un círculo centrado en el pie. El centro de masa del cuerpo

se mueve como una resistencia alrededor del punto de apoyo en el mismo arco.

La longitud del radio del círculo es la longitud de la palanca formada por

los huesos de la pierna. Los atletas de marcha incrementan su rapidez balanceando

las caderas hacia arriba para aumentar este radio.

5.8.2 Articulaciones artificiales.

Se han logrado grandes avances en el diseño y sustitución de articulaciones

lesionadas por articulaciones artificiales. Debido a las inmensas tensiones de

las articulaciones en los brazos y las piernas, loa materiales con los cuales se

elaboran las partes artificiales y las uniones deben ser extremadamente fuertes.

El titanio es un material común usado para elaborar articulaciones artificiales.

Pero ahora se está desarrollando y probando la resistencia de plásticos ligeros

y materiales similares a los huesos. Las uniones permanentes en las articulaciones

artificiales generalmente se hacen por medio de cementos especiales,

por fijación biológica con un sistema de ‘ajuste preciso’. En la fijación biológica

se usa un material poroso que permite al hueso crecer dentro de la pared

artificial. Huesos de ‘ajuste preciso’ son hechos de manera tan exacta que encajan

en su sitio alrededor de los huesos naturales. Sin importar el método

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